Trong bài đăng này, chúng tôi sẽ nói về một vài mạch nhỏ dễ dàng nhưng rất tiện dụng dưới dạng máy đo tần số và máy đo điện dung sử dụng IC 555 phổ biến.
Cách hoạt động của tụ điện
Tụ điện là một trong những linh kiện điện tử chính thuộc họ linh kiện thụ động.
Chúng được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện tử và hầu như không có mạch nào có thể được chế tạo mà không liên quan đến các bộ phận quan trọng này.
Chức năng cơ bản của tụ điện là chặn dòng điện một chiều và dòng điện xoay chiều hay nói cách đơn giản là bất kỳ điện áp nào có tính chất xung sẽ được phép đi qua tụ điện và bất kỳ điện áp nào không phân cực hoặc ở dạng điện một chiều sẽ bị chặn bởi tụ điện thông qua quá trình tích điện.
Một chức năng quan trọng khác của tụ điện là lưu trữ điện năng bằng cách sạc và cung cấp điện trở lại mạch điện gắn liền bằng quá trình phóng điện.
Trên hai chức năng chính của tụ điện được sử dụng để thực hiện nhiều hoạt động quan trọng khác nhau trong các mạch điện tử cho phép nhận đầu ra theo các thông số kỹ thuật yêu cầu của thiết kế.
Tuy nhiên không giống như điện trở, tụ điện rất khó để đo lường thông qua các phương pháp thông thường.
Ví dụ, một máy đo đa năng thông thường có thể có nhiều tính năng đo bao gồm như máy đo OHM, vôn kế, ampe kế, máy kiểm tra diode, máy kiểm tra hFE, v.v. nhưng có thể không có ảo giác tính năng đo điện dung .
Tính năng của đồng hồ đo điện dung hoặc đồng hồ đo điện cảm được xem là chỉ có ở các loại đồng hồ vạn năng cao cấp, chắc chắn không hề rẻ và không phải người mới chơi nào cũng có thể quan tâm đến việc mua một chiếc.
Mạch được thảo luận ở đây giải quyết rất hiệu quả những vấn đề này và chỉ ra cách xây dựng một tụ điện dung đơn giản, rẻ tiền máy đo tần số có thể được xây dựng tại nhà bởi bất kỳ người mới sử dụng điện tử nào và được sử dụng cho các ứng dụng hữu ích đã định.
Sơ đồ mạch
Tần số hoạt động như thế nào để phát hiện điện dung
Theo hình vẽ, IC 555 là trái tim của toàn bộ cấu hình.
Chip đa năng mã công việc này được định cấu hình ở chế độ tiêu chuẩn nhất của nó là chế độ đa điều khiển đơn ổn định.
Mỗi đỉnh dương của xung được áp dụng tại đầu vào là chân số 2 của IC sẽ tạo ra một đầu ra ổn định với một số khoảng thời gian cố định định trước được thiết lập bởi P1 đặt trước.
Tuy nhiên, đối với mỗi lần giảm đỉnh của xung, bộ ổn định sẽ đặt lại và tự động kích hoạt với đỉnh đến tiếp theo.
Điều này tạo ra một loại giá trị trung bình ở đầu ra của IC tỷ lệ thuận với tần số của đồng hồ được áp dụng.
Nói cách khác, đầu ra của IC 555 bao gồm một vài điện trở và tụ điện tích hợp chuỗi xung để cung cấp giá trị trung bình ổn định tỷ lệ thuận với tần số áp dụng.
Giá trị trung bình có thể dễ dàng đọc hoặc hiển thị qua đồng hồ cuộn dây chuyển động được kết nối qua các điểm được hiển thị.
Vì vậy, việc đọc ở trên sẽ cho phép đọc trực tiếp tần số, vì vậy chúng ta có một máy đo tần số trông gọn gàng theo ý của mình.
Sử dụng tần số để đo điện dung
Bây giờ nhìn vào hình tiếp theo bên dưới, chúng ta có thể thấy rõ rằng bằng cách thêm một máy phát tần số bên ngoài (IC 555 astable) vào mạch trước, có thể làm cho đồng hồ diễn giải các giá trị của tụ điện qua các điểm được chỉ định, vì tụ điện này trực tiếp ảnh hưởng hoặc tỷ lệ với tần số của mạch đồng hồ.
Do đó, giá trị tần số thực hiện được hiển thị ở đầu ra sẽ tương ứng với giá trị của tụ điện được kết nối qua các điểm đã thảo luận ở trên.
Điều đó có nghĩa là bây giờ chúng ta có một mạch hai trong một có thể đo điện dung cũng như tần số, chỉ sử dụng một vài IC và một số bộ phận điện tử thông thường. Với một chút sửa đổi, mạch có thể dễ dàng được sử dụng như một máy đo tốc độ hoặc như một thiết bị đếm RPM.
Danh sách các bộ phận
- R1 = 4K7
- R3 = CÓ THỂ BIẾN ĐỔI 100K LẨU
- R4 = 3K3,
- R5 = 10K,
- R6 = 1K,
- R7 1K,
- R8 = 10K,
- R9, R10 = 100K,
- C1 = 1uF / 25V,
- C2, C3, C6 = 100n,
- C4 = 33uF / 25V,
- T1 = BC547
- IC1, IC2 = 555,
- M1 = 1V FSD mét,
- D1, D2 = 1N4148
Máy đo điện dung sử dụng IC 74121
Mạch đo điện dung đơn giản này cung cấp 14 dải đo điện dung được hiệu chuẩn tuyến tính, từ 5 pF đến 15 uF FSD. S1 được sử dụng như một công tắc dải và hoạt động với sự cộng tác của S4 (s1 / x10) và S3 (x l) hoặc S2 (x3). IC 7413 hoạt động giống như một bộ dao động ổn định, cùng với R1 và C1 đến C6 hoạt động giống như các phần tử xác định tần số.
Giai đoạn này kích hoạt IC 74121 (bộ đa vi mạch đơn ổn) để nó tạo ra sóng vuông không đối xứng với giá trị tần số lặp lại whse được quyết định bởi các phần R1 và C1 đến C6 và với chu kỳ nhiệm vụ do R2 (hoặc R3) và Cx quyết định. .
Giá trị điển hình của điện áp sóng vuông này thay đổi tuyến tính khi chu kỳ làm việc thay đổi, lần lượt được sửa đổi tuyến tính dựa trên giá trị của Cs, giá trị của R2 / R3 (s10 / x I) và tần số (được thiết lập bởi Chuyển đổi vị trí S1).
Bộ chọn dải cuối cùng chuyển đổi S3j ..- xl) và 52 (x3) về cơ bản là chèn một điện trở nối tiếp với đồng hồ. Cấu hình xung quanh chân 10 và chân 11 của IC 74121 và đối với Cx phải càng ngắn và cứng càng tốt, để đảm bảo rằng điện dung lạc ở đây là nhỏ nhất và không có dao động. P5 và P4 được sử dụng để hiệu chuẩn 0 độc lập cho các dải điện dung thấp. Đối với tất cả các phạm vi cao hơn, hiệu chuẩn được thực hiện bởi oreset P3 là vừa đủ. F.s.d. hiệu chuẩn khá đơn giản.
Ban đầu, không hàn C6 trong mạch thay vì gắn nó trên các đầu cuối được đánh dấu Cx cho tụ điện không xác định. Đặt S1 ở vị trí 3, S4 ở vị trí x1 và S2 đóng (s3) điều này được thiết lập cho phạm vi 1500 pF f.s.d. Bây giờ, C6 đã sẵn sàng để được áp dụng làm giá trị dấu hiệu chuẩn. Tiếp theo, nồi P1 được tinh chỉnh cho đến khi đồng hồ giải mã được 2/3 f.s.d. Sau đó, S4 có thể được chuyển đến vị trí 'x 10', S2 được giữ mở và S3 đóng (x1), điều này so với 5000 pF f.s.d., trong khi làm việc với C6 là tụ điện không xác định. Kết quả cho các thiết lập hoàn chỉnh này phải cung cấp 1/5 fs.d.
Mặt khác, bạn có thể mua một loạt các tụ điện đã biết chính xác và sử dụng chúng trên các điểm Cx và sau đó điều chỉnh các chậu khác nhau để cố định các hiệu chuẩn trên mặt đồng hồ một cách thích hợp.
Thiết kế PCB
Một mạch đo điện dung đơn giản nhưng chính xác khác
Khi đặt một hiệu điện thế không đổi vào tụ điện qua điện trở thì điện tích của tụ điện tăng lên theo hàm số mũ. Nhưng nếu nguồn cung cấp qua tụ điện là từ một nguồn dòng điện không đổi, thì điện tích trên tụ điện sẽ tăng lên khá nhiều tuyến tính.
Nguyên tắc này trong đó một tụ điện được tích điện tuyến tính được sử dụng ở đây trong máy đo điện dung đơn giản được thảo luận dưới đây. Nó được thiết kế để đo các giá trị tụ điện vượt xa phạm vi của nhiều đồng hồ đo tương tự.
Sử dụng nguồn cung cấp dòng điện không đổi, đồng hồ thiết lập thời gian cần thiết để bổ sung điện tích qua tụ điện chưa biết đến một số điện áp chuẩn đã biết. Máy đo cung cấp 5 dải thang đo đầy đủ là 1,10, 100, 1000 và 10.000 µF. Trên thang đo 1 µF, các giá trị điện dung nhỏ đến 0,01 µF có thể được đo mà không gặp khó khăn.
Làm thế nào nó hoạt động.
Như được hiển thị trong Hình, các bộ phận D1, D2, R6, Q1 và một trong các điện trở trên R1 đến R5 cung cấp 5 lựa chọn cho nguồn cung cấp dòng điện không đổi thông qua công tắc S1A.
Khi S2 được giữ ở vị trí chỉ định, dòng điện không đổi này được nối đất qua S2A. Khi chuyển mạch S2 trong lựa chọn thay thế, dòng điện không đổi được dẫn vào tụ điện được thử nghiệm, qua BP1 và BP2, buộc điện tích tụ điện ở chế độ tuyến tính.
Op amp IC1 được gắn giống như một bộ so sánh, với chân đầu vào (+) của nó được gắn vào R8, cố định mức điện áp tham chiếu.
Ngay sau khi điện tích tăng tuyến tính trên tụ điện được thử nghiệm, cao hơn chân đầu vào (-) của IC1 một vài milivôn, nó sẽ ngay lập tức chuyển đầu ra của bộ so sánh từ +12 volt sang -12 volt.
Điều này khiến đầu ra của bộ so sánh kích hoạt nguồn dòng không đổi được tạo ra bằng cách sử dụng các bộ phận D3, D4, D5, R10, R11 và Q2.
Trong trường hợp nếu S2A được chuyển sang đất, giống như S2B, điều này dẫn đến việc ngắn mạch các đầu nối C1 của tụ điện, biến điện thế trên C1 thành 0. Với S2 ở điều kiện mở, dòng điện không đổi qua C1 kích hoạt điện áp trên C1 tăng theo kiểu tuyến tính.
Khi điện áp trên tụ điện được thử nghiệm làm cho bộ so sánh chuyển đổi, kết quả là diode D6 chuyển sang phân cực ngược. Hành động này ngăn C1 không sạc nữa.
Vì việc sạc C1 chỉ xảy ra cho đến điểm mà trạng thái đầu ra của bộ so sánh chỉ thay đổi, có nghĩa là điện áp phát triển trên nó phải tương ứng trực tiếp với giá trị điện dung của tụ điện chưa biết.
Để đảm bảo rằng C1 không phóng điện trong khi đồng hồ M1 đo điện áp của nó, một tầng đệm trở kháng cao, được tạo ra bằng cách sử dụng IC2, được kết hợp cho đồng hồ M1.
Điện trở R13 và đồng hồ đo M1 tạo thành một màn hình vôn kế cơ bản khoảng 1 V FSD. Khi cần thiết, một vôn kế từ xa có thể được sử dụng với điều kiện là nó có dải đo đầy đủ dưới 8 vôn. (Trong trường hợp bạn kết hợp loại đồng hồ bên ngoài này, hãy đảm bảo đặt R8 trên phạm vi 1-µF, để tụ điện 1-µF được xác định chính xác tương ứng với số đọc 1 vôn.)
Tụ điện C2 được sử dụng để chống lại sự dao động của nguồn cung cấp dòng không đổi Q1, và R9 và R12 được sử dụng để bảo vệ các ampe op trong trường hợp nguồn DC bị ngắt trong thời gian khi tụ điện được thử nghiệm và C1 đang được sạc, hoặc nếu không, chúng có thể bắt đầu phóng điện qua amps op, dẫn đến hư hỏng.
Danh sách các bộ phận
Thiết kế PCB
Cách hiệu chỉnh
Trước khi cấp nguồn cho mạch đồng hồ đo điện dung, sử dụng tuốc nơ vít loại tốt để điều chỉnh kim M1 của đồng hồ chính xác về mức không.
Định vị một tụ điện đã biết chính xác khoảng 0,5 và 1,0 µF ở +/- 5%. Điều này sẽ hoạt động như 'dấu chuẩn hiệu chuẩn.'
Mắc tụ điện này qua BP1 và BP2 (mặt dương với BP1). Điều chỉnh công tắc dải S1 đến vị trí '1' (đồng hồ phải hiển thị toàn thang đo 1 µF).
Vị trí S2 để ngắt dây nối đất khỏi hai đầu mạch (Q1 thu và Cl). Đồng hồ M1 bây giờ sẽ bắt đầu chuyển động cao cấp và ổn định ở một số đọc cụ thể. Việc chuyển đổi S2 trở lại phải làm cho đồng hồ giảm xuống ở vạch 0 vôn. Thay đổi S2 một lần nữa và xác nhận số đọc cao cấp của đồng hồ.
Hoặc nhảy S2 và tinh chỉnh R8 cho đến khi bạn tìm thấy đồng hồ hiển thị giá trị chính xác của 5% hiệu chuẩn của tụ điện. Chỉ một thiết lập hiệu chuẩn ở trên sẽ khá đủ cho các phạm vi còn lại.
Một cặp: Mạch báo trộm xe hơi đơn giản Tiếp theo: Xây dựng mạch bóng bán dẫn đơn giản
